CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS DE PARIS

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Niveau: Supérieur, Master
REPUBLIQUE DU BENIN CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET METIERS DE PARIS (ANTENNE DE COTONOU) MEMOIRE POUR LE DIPLOME D'INGENIEUR DE CONCEPTION (MASTER) DU GENIE CIVIL Mémoire de recherche de C. Luc Marius CHANHOUN SOUTENANCE LE 24 AVRIL 2008 Président du Jury : Francis GUILLEMARD Professeur Titulaire de la Chaire de Travaux Publics et Bâtiments ; CNAM Paris Membres du Jury : 1- Victor GBAGUIDI Coordonnateur Génie Civil CNAM Cotonou ; Professeur Assistant à l'EPAC 2- Edmond ADJOVI Ingénieur Ph.D en Génie Civil Enseignant-chercheur à l'EPAC 3- Sylvain ADJAGBONI Professionnel Indépendant 4-Eustache ALLODEHOU Enseignant CNAM Cotonou MISE AU POINT D'UN PROCEDE DE MURS A JOINTS VERTICAUX SECS ET HORIZONTAUX EVIDES EN AGGLOMERES DE SABLES CONTINENTAUX/CIMENT : ETUDE DE LA RESISTANCE A LA STABILITE du m as -0 05 79 86 1, v er sio n 1 - 2 5 M ar 2 01 1

  • essais sur les mortiers

  • caractéristiques physiques des granulats……………………………………………… …

  • principe du mur

  • formulation du micro béton ………………………………………………………………

  • sables continentaux

  • gisements de sables exploitables dans la construction au sud bénin ……………………

  • caractérisation des sables continentaux du sud bénin ………………………………

  • vérification des contraintes dans les parois porteuses ……………………………………

  • bloc de maçonnerie


Publié le : mardi 1 avril 2008
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Nombre de pages : 145
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REPUBLIQUE DU BENIN


CONSERVATOIRE NATIONAL
DES ARTS ET METIERS DE PARIS
(ANTENNE DE COTONOU)


MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE
CONCEPTION (MASTER) DU GENIE CIVIL


MISE AU POINT D’UN PROCEDE DE MURS A JOINTS

VERTICAUX SECS ET HORIZONTAUX EVIDES EN

AGGLOMERES DE SABLES CONTINENTAUX/CIMENT :

ETUDE DE LA RESISTANCE A LA STABILITE



Mémoire de recherche de C. Luc Marius CHANHOUN

SOUTENANCE LE 24 AVRIL 2008



Président du Jury : Francis GUILLEMARD
Professeur Titulaire de la Chaire de Travaux Publics et Bâtiments ;
CNAM Paris

Membres du Jury : 1- Victor GBAGUIDI
Coordonnateur Génie Civil CNAM Cotonou ;
Professeur Assistant à l’EPAC

2- Edmond ADJOVI
Ingénieur Ph.D en Génie Civil
Enseignant-chercheur à l’EPAC

3- Sylvain ADJAGBONI
Professionnel Indépendant

4-Eustache ALLODEHOU
Enseignant CNAM Cotonou

dumas-00579861, version 1 - 25 Mar 2011


RESUME
Les besoins en construction de nouveaux logements conduisent souvent à l’extraction
sauvage du sable sans égard ayant de lourdes conséquences écologiques. Aussi, lors de la
construction des maisons, la durée des travaux influence considérablement non seulement les
coûts mais également les nuisances générées par le chantier. Il est donc intéressant de projeter
des ouvrages permettant une durée de construction aussi courte que possible.
Le procédé du mur à joints verticaux secs et horizontaux évidés en agglomérés de sables
continentaux / ciment répond à ces besoins. Les agglomérés peuvent être préfabriqués en atelier
avec des sables continentaux et assemblés dans les meilleurs délais sur le chantier.
Ainsi donc, basé sur des méthodes traditionnelles, le métier du maçon évolue
progressivement sous la pression de nouvelles exigences normatives d’une part, et parce que de
nouveaux systèmes constructifs s’imposent d’autre part. Le système de construction de mur à
joints verticaux secs et horizontaux évidés en agglomérés de sables continentaux/ciment s’inscrit
dans cette nouvelle génération de produits de construction dont la mise en œuvre est fondée sur
la maçonnerie de blocs à emboîtement qui, nous le croyons, apportera une solution salutaire aux
questions de réduction de coût de gros œuvre et de la lutte contre l’érosion côtière. L’application
du procédé nécessite la confection du mortier de ciment, la connaissance des propriétés
physiques (% d’humus, % d’absorption, équivalence de sable, module de finesse), et la
composition granulaire des sables continentaux des carrières recensées.
La technique de mise en œuvre des blocs est conforme aux mesures normatives
spécifiées par le DTU 20.1.
L’assemblage des blocs à joints verticaux secs se différentie de la maçonnerie
traditionnelle obtenue par hourdage des matériaux de même type. La réalisation des assises dont
la planéité conditionne directement la qualité des murs, requiert un soin et une précision
particulière.
MOTS CLES : Joint vertical sec, joint horizontal évidé, bloc de maçonnerie,
emboîtement, résistance
KEYWORDS :dry vertical joint, hallowed out horizontal, block masonnery, fighting,
resistance
2
dumas-00579861, version 1 - 25 Mar 2011
TABLE DES MATIERES PAGES
RESUME …………………………………………………………………………………………………..2
TABLE DES MATIERES ………………………………………………………………………………..3
REMERCIEMENTS ……………………………………………………………………………………...6
1 INTRODUCTION ………………………………………………………………………………... 7
1.1 Contexte ………………………………………………………………………………………...........7
1.2 Objectifs du travail ……………………………………………………………………...................10
1.3 Démarches ………………………………………………………………………………………….11
2 LOCALISATION ET IDENTIFICATION DES SABLES CONTINENTAUX
DU SUD BENIN……………………………………………………………………………………..12
2.1 Quelques notions fondamentales sur les sables continentaux………………………………...12
2.1.1 Introduction………………………………………………………………………………………..12
2.1.2 Définitions des sables continentaux………………………………………………………. …..12
2.1.3 Techniques d’exploitation des sables continentaux…………………………………………..13
2.1.4 Identification des matériaux granulaires………………………………………………………..14
2.1.5 Qualité des matériaux granulaires………………………………………………………………14
2.1.5.1 Importance de la granulométrie…………………………………………………………. …...14
2.1.5.2 Classification des granulats…………………………………………………………….... …..15
2.1.5.3 Caractéristiques physiques des granulats……………………………………………… ….15
2.2 Localisation des granulats du Sud Bénin…………………………………………………………18
2.2.1 Cadre géographique des zones d’étude………………………………………………………..18
2.2.2 Caractéristiques géomorphologiques et géologiques des zones d’étude…………… …….18
2.2.2.1 Unités géomorphologiques ……………………………………………………………………18
2.2.2.2 Formations géologiques ……………………………………………………………………….18
2.2.2.3 Processus d’accumulation du sable ………………………………………………………….20
2.2.3 Gisements de sables exploitables dans la construction au Sud Bénin …………………….21
2.2.3.1 Secteurs d’études ……………………………………………………………………………...21
2.2.3.2 Travaux antérieurs ……………………………………………………………………………..22
2.2.3.3 Travaux réalisés dans les différents secteurs ………………………………………………23
2.2.3.4 Difficultés rencontrées …………………………………………………………………………29
2.2.4 Caractérisation des sables continentaux du Sud Bénin ………………………………. ……29
2.2.4.1 Introduction ……………………………………………………………………………………..29
3
dumas-00579861, version 1 - 25 Mar 20112.2.4.2 Description des essais …………………………………………………………………… …..30
2.2.4.2.1 Analyse granulométrique par tamisage…………………………………………………….30
2.2.4.2.2 Analyse granulométrique par sédimentométrie. ………………………………………….35
2.2.4.2.3 Test d’humus………………………………………………………………………………….36
2.2.4.2.4 Equivalence de sable………………………………………………………………………..37
2.2.4.2.5 Densité et Absorption……………………………………………………………………….38
2.2.4.2.6 Densité Apparente…………………………………………………………………………...39
2.2.4.3 Résultats et commentaires…………………………………………………………………….40
2.2.5 Propriétés essentielles du mélange Sable continental/Ciment ……………………………...67
2.2.5.1 Définition du mortier…………………………………………………………………………….67
2.2.5.2 Composants du mortier………………………………………………………………………...67
2.2.5.3 Essais sur les mortiers : Caractéristiques principales du mortier …………………………69
2.2.5.3.1 Résistances mécaniques du mortier ………………………………………………………70
2.2.5.3.2 Retrait et gonflement des mortiers ………………………………………………………..84
2.2.6 Amélioration de la granulométrie de sable fin (pour les agglomérés courants)……………88
2.2.7 Formulation de micro béton avec le sable grossier (pour les agglomérés coffrages)…….95
2.2.7.1 Facteurs influençant la résistance du micro-béton. ………………………………………...95
2.2.7.2 Formule de Feret………………………………………………………………………………..96
2.2.7.3 Formule de Bolomey……………………………………………………………………………96
2.2.7.4 Formule de Dreux……………………………………………………………………………….97
2.2.7.4.1 Détermination des quantités de sable grossier et de sable fin…………………………..97
2.2.7.4.2 Formulation du micro béton ………………………………………………………………..99
3 CONCEPTION ARCHITECTURALE DES MURS A JOINTS VERTICAUX SECS ET
HORIZONTAUX EVIDES EN AGGLOMERES CREUX DE 15CM D’EPAISSEUR
3.1 Problématique……………………………………………………………………………………...101
3.2 Généralités sur les maçonneries…………………………………………………………………101
3.2.1 Définitions………………………………………………………………………………………...101
3.2.2 Historique de la maçonnerie …………………………………………………………………..102
3.2.3 Différents types de maçonneries existantes …………………………………………………105
3.2.4 Fonctionnement, résistance et stabilité des maçonneries…………………………………..106
3.2.5 Les murs………………………………………………………………………………………….107
3.3 Mise au point d’un procédé de mur à joints verticaux secs et horizontaux évidés…………108
3.3.1 Principe du mur et domaine d’emploi …………………………………………………………108
3.3.2 Conception des parements et mise en œuvre des blocs spéciaux………………………..109
4
dumas-00579861, version 1 - 25 Mar 20113.4 Caractéristiques géométriques des agglomérés spéciaux……………………………………112
3.5 Schéma de pose des agglomérés spéciaux : Cas d’un bâtiment à trois pièces……………112
4 ETUDE COMPARATIVE DE LA RESISTANCE ET DE LA STABILITE DES MURS
TRADITIONNELS ET A JOINTS VERTICAUX SECS
4.1 Vocabulaire et Notation………...…………………………………………………………………114
4.1.1 Vocabulaire……….. …………………………………………………………………………….114
4.1.2 Notation et Paramètres………………………….……………………………………………...114
4.2 Etude de la résistance des murs…………………………………………………………………115
4.2.1 Principes généraux. …………………………………………………………………………….115
4.2.2 Modalité de calcul des contraintes admissibles……………………………………………...116
4.2.3 Pression du vent sur les bâtiments…………….……………………………………………...119
4.3 Stabilité des murs et des constructions…………………………………………………………119
4.3.1 Les murs refends………………………………………………………………………………..119
4.3.2 Problème posé…………………………………………………………………………………..121
4.4 Réalisation d’un prototype de bâtiment avec des agglomérés spéciaux …………………..126
4.4.1 Conception des plans ………………………………………………………………………….126
4.4.2 Descente des charges …………………………………………………………………………126
4.4.3 Vérification des contraintes dans les parois porteuses …………………………………….127

5 CONCLUSION ET PERSPECTIVES ……………………………………………………..129

ANNEXES A et B (Pièces graphiques jointes)..…..…………………………………………...131
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES …………………………………………………………….141
CURRICULUM VITAE ………………………………………………………………………………..143









5
dumas-00579861, version 1 - 25 Mar 2011

REMMERCIEMENTS

Durant ce travail de mémoire d’ingénieur, de nombreuses personnes m’ont apporté un
appui considérable par leurs remarques, leurs conseils ou encore leur soutien. Je tiens ici à les
remercier.

Parmi ces personnes, je pense tout d’abord au Dr Edmond ADJOVI pour avoir su me
guider dans ce travail, pour avoir encore et toujours posé les bonnes questions, pour ses
conseils, son intérêt et sa grande disponibilité. Merci Professeur ! Mes remerciements vont
également à Monsieur Syphrien LAADE du Laboratoire D’Essais et de Recherches en Génie
Civil de l’Université d’Abomey Calavi pour les excellentes conditions de travail dans lesquelles il
m’a permis d’évoluer au Laboratoire sous la conduite éclairée du Professeur Edmond ADJOVI
de l’Ecole Polytechnique d’Abomey Calavi.

Nos profonds et sincères remerciements vont à l’endroit de tout le corps enseignant du
Conservatoire National des Arts et Métiers.

Nous témoignons notre gratitude à tout le personnel du Laboratoire d’Essais et de
Recherches en Génie Civil (LERGC) qui nous ont aidé dans la réalisation de ce travail.







6
dumas-00579861, version 1 - 25 Mar 20111 INTRODUCTION

1.1 Contexte
La fin du XX è siècle marque un changement des priorités avec une prise de conscience
des problèmes économiques, et écologiques liés respectivement à la baisse du pouvoir d’achat
due à la dévaluation des monnaies locales, et à la dégradation de l’environnement causée par la
gestion non durable des ressources naturelles. Le logement individuel en matériaux définitifs
porteurs apparaît comme un besoin fondamental et un élément d’intégration dans la société
africaine. Cependant, il demeure une question difficile pour le citoyen des pays africains, dont
les revenus ne sont pas en phase avec l’accroissement du coût des matériaux de construction.
Il s’agit du sable, ciment, fer à béton et du bois de coffrage. De plus, l’exploitation anarchique
des carrières du sable marin (Ce qui est fréquent au bénin par exemple), des bois de
construction et l’inexistence de moyens de valorisations des déchets de bois de coffrage
inutilisés créent des préjudices à l’environnement. La figure 1.1 montre les dégâts causés à
l’environnement côtier du Bénin par l’exploitation des carrières de sable marin.


Figure 1.1 Avancée de la mer sur plus 100m de la côte, dans le quartier « Apkapka » à Cotonou.
La crise économique qui secoue les pays du tiers monde dont le Bénin, se fait sentir
avec insistance ces dix dernières années à travers la flambée des prix des produits notamment
ceux destinés à la construction des gros œuvres du bâtiment. Les statistiques révèlent entre
1994 et 2004, des accroissements importants de prix de 85% pour le sable marin ; 75% pour le
7
dumas-00579861, version 1 - 25 Mar 2011gravier ; 27,4% pour le ciment ; 80% pour l’acier et 10,30% pour les planches de coffrage,
illustré par la figure 1.2.
.
1200000
1100000
1000000
acier HA10(T) 900000
800000 acier HA8 (T)
700000
acier HA6 (T)
600000
ciment (T)
500000 3
gravier (m )
400000
3sable (m )
300000
200000
100000
0
1994 1996 1998 2000 2002 2004
Années

Figure 1.2 Variation du prix des matériaux de gros œuvre en 10 ans au Bénin

A tout cela s’ajoutent les malfaçons et la négligence occasionnant le gaspillage des
matériaux, attitudes couramment observées sur la plupart des chantiers. Ce qui enfin de
compte fait augmenter le coût total du gros œuvre et par conséquent de la construction.
Ce constat a favorisé dans les pays moins avancés la création de différents laboratoires
de recherche, visant à la mise au point de nouveaux matériaux, ainsi qu’à leur promotion. Ces
recherches pour la plupart portent sur des matériaux dits locaux, en occurrence la terre
latéritique et le sable argileux.
Force est de reconnaître que l’insuffisance d’une main-d’œuvre adaptée au transfert de
technologie de mise en œuvre des briques en terre cuite ou stabilisée fait que l’application des
recherches les plus avancées, dont les résultats ont été publiés reste inaccessible aux
populations à revenu moyen, favorisant de ce fait une pression croissante et continue sur les
ressources de sable marin.
Malheureusement ce gisement apparemment inépuisable dans la perception des
populations locales, se situe sur le littoral et le volume annuel de son prélèvement (tableau 1.1)
accentue le phénomène d’érosion, déjà enclenché du fait des mauvaises options
8
dumas-00579861, version 1 - 25 Mar 2011
Prix en franç( CFA) d’aménagement du territoire d’une part, et de la mise en place de grandes infrastructures
d’autre part. Mais alors quelles solutions faudrait-on envisager dans l’immédiat et qui pourraient
répondre au concept de développement durable ?

QUANTITE
NOMBRE DE CAMIONS
TOTALE
LOCALITES (PAR CAPACITE)
PRELEVEE/JOUR
6 m3 10 m3 m3
Sèmè-Kpodji (Ouémé) 55 147 1800
Djako-Cotonou
47 134 1622
(Atlantique)
Akpakpa-Dodomé
7 16 202
Cotonou(Atlantique)
Ouidah (Atlantique) 2 7 82
Grand-Popo (Mono) - 4 40
Total 111 308 3746

SOURCE : OBRGM. 1993 (Office Béninois de Recherche Géologique et Minière)
Tableau 1.1 Quantités de sable prélevé par jour sur les plages du Sud Bénin en 1993

La dynamique de cette gangrène érosive ne sera inversée et permettre des
investissements pour une mise en valeur idoine de notre littoral que si d’autres gisements de
sable de construction sont mis en exploitation à court terme. C’est à cette fin qu’a été initié par
l’Etat béninois le projet « Recherche de sites de sable hors du littoral » par l’OBRGM pour la
mise à disposition des populations des villes du Sud Bénin du sable autre que marin pour les
travaux de construction.
L’exécution de la première phase du projet en 1997 et 1998, et la deuxième phase en
2000 a permis de mettre en évidence de nombreux sites dans les environs des grands centres
urbains tels que Cotonou, Abomey-Calavi, Ouidah et Porto-Novo où des réserves importantes
ont été identifiées.
9
dumas-00579861, version 1 - 25 Mar 2011 Il est donc question de recenser ces gisements potentiels de sable et d’orienter les
études vers une meilleure connaissance des réserves. Les tests et analyses appropriés sur
différents échantillons seront réalisés pour déterminer les conditions optimales de leurs
utilisations dans les travaux de construction et de limiter les dégâts causés à l’environnement
côtier du Bénin par l’exploitation des carrières de sable marin. Par ailleurs l’inexistence de
moyens de valorisations des déchets de bois de coffrage crée aussi des préjudices à
l’environnement immédiat avec son impact sur le coût de la construction. Dans cette mouvance,
le logement individuel qui a le privilège de satisfaire l’un des besoins fondamentaux celui de
l’habitat, mérite une solution urgente.
A priori, il pourrait être difficile de faire baisser le coût de la construction, quand on reste
dans la gamme des matériaux traditionnels dont les prix montent de façon exponentielle (le
béton armé, les agglomérés de ciment à base de sable marin, le bois de coffrage etc.).
L’utilisation courante des maçonneries en agglomérés de mortier de ciment/sable marin comme
éléments porteurs ne doit donc plus être le seul but de la construction en matériaux définitifs.
Il faudra concevoir un système de procéder de murs nouveaux en agglomérés de ciment
avec les sables continentaux. Ce procédé de construction devra permettre la réduction du
temps d’exécution, des dépenses et du gaspillage des matériaux et la limitation des impacts
négatifs sur l’environnement

1.2 Objectifs du travail
Conformément au contexte ci-dessus, les objectifs généraux de ce travail se définissent
comme suit :
- Contribuer à la valorisation des sables continentaux et fluviatiles des régions côtières du
Bénin dans la perspective d’une suppression de l’utilisation de sable marin (Identification
et caractérisation des matériaux granulaires prélevés et provenant des carrières
recensées) ;
10
dumas-00579861, version 1 - 25 Mar 2011

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